О дальности стрельбы в космосе

[a_burlaka]

       Многие товарищи во главе с Девидом Вебером убеждают нас, что бой в космосе возможен на расстоянии многих световых секунд и даже минут. Я  задумался над этим и решил выложить свои мысли по этому поводу.
        Традиционно у нас оружие космических кораблей делится на энергетическое, кинетическое и ракетное. Рассмотрим по порядку. Начнём с того, что если мы уважаем дядю Эйнштейна, то  мы сталкиваемся с хронической проблемой устаревания информации о противнике. Наблюдая противника с расстояния 300000 км (чуть меньше, чем расстояние до Луны) мы не знаем, где он находится. Мы знаем, где он находился 1 секунду назад. На расстоянии 3000000 км информация устареет на 10 секунд и т. д. Много ли это? Казалось бы, если мы знаем координаты противника и его скорость, то вычислить где он будет находится, когда в него попадут наши снаряды не составляет проблемы. Но это - только если он не совершает  динамических манёвров. А он, если не дурак совершать  их будет. И тут всё зависит от его максимального ускорения. Уже при 5 же (что вполне скромно) на расстоянии 1 световая секунда точка прицеливания превращается в сферу радиусом 50 м ( ну, если приближённо). Если же цель может совершать манёвры с ускорением 12 же, то это уже будет диаметр 120 м.
        А ведь оружию ещё нужно попасть. Ну, энергетическому оружию "проще" всего. Его скорость равна скорости света и радиус сферы увеличится только вдвое до 100 и 240 метров соответственно. Так что стрелять по линкору с расстояния 2-3 световые секунды ещё получится и даже с 10 секунд ещё не все выстрелы будут "в молоко". Понятно, что это попадание в сам корабль. Оприцельном поражении отдельных узлов говорить не приходится. Справедливости ради сфера на практике будет меньше, поскольку кораблям всё-таки надо сближаться. А ведь есть ещё рассеивание луча...
        С кинетическим оружием всё хуже. Теория относительности говорит о том, что  затраты энергии на разгон  тела имеющего массу покоя до определённой скорости растут не линейно, а экспоненциально и для с равны бесконечности.. Так что скорость снаряда в любом случае будет ниже скорости света. Предположим, что мы смогли разогнать снаряд аж до 0,2с. Это значит, что для наших целей  радиусы сфер увеличились в  6 раз до 300 и 720 метров соответственно. А значит, что с 2-3 св. сек. проблематично попасть даже в линкор (нет ну если линкор 4 км длинной, то попасть можно). Хотя неприцельно (по сути случайно) снаряды кинетического оружия могут  поражать цели на любом расстоянии.
         Теперь о ракетах. Казалось бы самонаводящаяся ракета может поражать цели на очень дальнем расстоянии. НО! Вернёмся к обнаружению. Уже с расстояния световой минуты (18 млн километров) запаздывание информации превратит наши цели в  сферы радиусом 3  и 7,2 километра. Ракета должна иметь возможность ускоряться на всём участке полёта и отслеживать цель.Так что ракета должна быть начинена целой кучей разных вещей. Кроме боеголовки она должна нести маршевый двигатель, рабочее тело, скорее всего реактор, радар, маневровые двигатели и ещё электронику. В общем, мини космический корабль. И тут, собственно ключевой вопрос, даже три: каковы максимальная скорость, максимальное ускорение и максимальная длительность работы двигателя ракеты. Ещё есть вопрос о мощности радара, но пока исключим эту проблему. Клчевой вопрос здесь - ускорение. И даже не в плане тяги двигателя, а в плане того, какая перегрузка максимально допустима для агрегатов ракеты. Не будем жадничать и предположим, что 100 же. А скорость ограничим 0,5 с. А длительность работы двигателя - 1 час. Но ракете нужно ещё разогнаться до этих 0,5 с. На это ей нужно 150000 секунд. Но за 1 час она разгонися всего до 3600 км/с, пройдя 6,5 млн километров. Правда  при этом её цель успеет уйти от первоначального урса на  несолько тысяч километров (именно от курса. от точки, где была она может отойти гораздо дальше). А ещё ракете, начиная с дистанции, на которой эффетивны лучи лазера нужно совершать противозенитные маневры. В общем, эффективная далность пуска таких ракет - около 4,5 млн км - 15 световых сеунд.
          Но это всё стрельба по линкору. Если же мы рассматриваем истребитель, что для энергетического и кинетического оружия дистанции стрельбы сильно сокращаются. Уже на расстоянии 1 св.сек. в 30 метровый истребитель не попадёшь. Так что, возможно, именно истребители - самое эффетивное оружие в космосе.
          Чем можно изменить ситуацию. Во-первых генная модификация. Если экипаж сможет действовать при 25 же, то это очень сильно снизит эффективность всех видов оружия, особенно ракет. Даже по линкору дальше, чем с 1 световой сеунды стрелять будет сложно. Ещё сильнее её снизит использование автоматических кораблей, для которых максимальная перегрузка приблизится к перегрузке ракет, что сделает последние малоэффективными. Ещё ситуацию может изменить сверхсветовая связь/радар. Тогда радиус действия всех видов оружия (прежде всего, энергетического и кинетического) увеличится. Ещё могут быть инерционные компенсаторы. Тогда ракеты и корабли  продолжат гоняться друг за другом на новых скоростях, а  вот пушки и лазеры сильно сдадут...

Comments

[sohryu-l.livejournal.com]

Блин, прошлый большой коммент пропал, буду покороче.

В общем, истребитель будет априори больше 30 метров - вон, орбитер Спесс Шаттла уже 56.8 метров в длину. И то большую его часть занимает грузовой отсек, а не бункер с рабочей массой(бак с топливом if you are dirty chemical rocket peasants, as opposed to GLORIOUS NUCLEAR ROCKET PROPULSION MASTER RACE), а ведь у истребителя будет именно это.

Далее, линкор всегда будет быстрее истребителя, т.к. иначе нету смысла делать корабль таких размеров и такой массы, если у тебя нету двигателя достаточно мощного и эффективного чтобы его сдвинуть с места. Хотя у истребителя двигатель должен будет быть примерно настолько же(то есть - адски) эффективным при куда меньших габаритах и мощности. Можно еще сказать, что истребителю важнее например удельный импульс и низкое значение дельта-V для маневров, нежели линейное ускорение, которое будет важным для большого корабля(что кстати говорит в пользу масс драйверов или "Ориона" в качестве двигателя такого линкора - особенно последнего, т.к. импульсные заряды можно отклонять в нужную сторону, теоретически, что дает нам некоторую возможность к управлению вектором тяги).

Кроме этого, учти что у истребителя на дистанции Земля-Луна будет всего, э-э, две секунды чтобы увернуться от лазерного луча. Что он не успеет сделать, т.к. надо еще запустить двигатели etc, что занимает время. Уже не говоря о том, что: а) системы наведения слишком продвинуты, чтобы упустить даже такую маленькую цель и б) правильная система управления огнем будет учитывать задержку сигнала и стрелять на упереждение.

Про факельные ракеты, способные к постоянному ускорению, я умолчу, т.к. иначе по сути нету смысла их делать. А раз нету смысла их делать без этого условия, то тогда и устойчивая к высоким перегрузкам авионика будет sine qua non.

Что подводит нас к тому, что вообще-то маленькие корабли типа истребителей или дронов, которые будут подходить на близкую дистанцию и выпускать МНОГО ракет и позволять уже ускорению цели сделать все за них(для этого придется выпускать ракеты прямо перед или рядом с целью, почти как пикирующие бомбардировщики ВВ2). Но проблема тут только одна - их надо потом как-то вернуть, иначе почему бы не назвать дрона ракетой? А тут дело в том, что с высоким ускорением дроны могут банально улететь за пределы пространства боя и быть потерянными(не будешь же ты за ними гоняться, тратя рабочее тело зазря), но без высокого ускорения они банально не вернутся обратно и даже не достигнут своей цели в более-менее приемлемое время. Вот так вот.

[a-burlaka.livejournal.com]

Шатлл по своей сути - грузопассажирское судно да и ещё лаборатория. Там много того, чего на истребителе быть не должно. Да и 50 метров вместо 20 не особо лучше. И реактор может быть не очень большим - сумели же его в апполон засунуть.

Линкору ка раз совсем не обязательно быть быстрее истребителя. Я вообще сомневаюсь, что он нужен. При этом не надо путать скорость корабля с ускорением. Скорость ак раз у линкора может быть вполне на высоте - рабочего тела он может нести много. А вот с ускорением не всё гладко и с маневренностью - это ж какие двигатели на него нужно ставить и какой реактор. Да и не нужно ему это. Большие корабли они могут особо и не маневрировать - они могут полагаться на броню и "ПВО". Они обычно несут на себе что-то тяжёлое, чего истребителям не поднять. Кстати в космосе никакой разницы между линейным ускорением и ускорением для изменения орбиты нет - это всё маршевый двигатель
Истребитель не уворачивается от лазеров - он посоянно совершает манёвры типа "пъяная муха". Система наведения его конечно же видит, но вот дать указания пушкам где ТОЧНО он находится - не может. Не выйдет с упреждением - система просто не знает, какое ускорение приобретёт цель за эти 2 секунды, пока сигнал идёт от неё и покалуч летит к цели.
Я так и не понял - ты за ракеты, которые по сути маленькие корабли или против.
А в чём проблема с возвращением. Авианосец просто огибает врага по дуге, а истребители, имея большую, чем он сорость просто проходят сквозь построение противника или вблизи его, после чего догоняют носитель. И да они должны с близкого расстояния швырнут во врага ракеты.

[sohryu-l.livejournal.com]

Пока авианосец огибает врага по дуге, враг наделывает в нем много-много оплавленных дырок. Истребители этих дырок получают еще больше.

Если ракета-факел это маленький корабль - то за. Ракета в любом случае маленький корабль - крылатая ракета вон тоже самолет, например, да.

Линкору нужно ускорение. Иначе он будет тащиться трясти своими пушками до скончания веков. В этом-то и штука. Да и скорость без должного ускорения не наберешь. За маневры отвечает specific impulse больше - у линкора-"Ориона" он как раз маленький. Вроде.

В Аполлоне нету реактора. Учитывая что у нас все равно есть большой бачок с водородом, то... 50 метров это самый минимум моядумай.

[a-burlaka.livejournal.com]

Не наделают. Авианосец будет обходить по дуге 20 световіх секунд радиусом. На таком расстоянии его ничем не достанеш. А по истребителям попасть проблематично я уже сказал почему плюс корабли всё время маневрируют. А ещё ты не задумывался над тем, что если огневой точке легко поразить истребитель, то и ему точку поразить не сложнее. Кстати о ракетах-кораблях. Если истребитель не меньше 50 м, то какой должна быть ракета. Думаю, не намного меньше.
Линкор скорость всё-равно наберёт. Только медленнее. Имеет значение разве что при полётах в системе Юпитера, хотя и там все расстояния ненамного больше световой секунды.А поворачивает корабль в космосе всё таки с помощью маршевого двигателя - просто разворачивается им в нужную сторону.

[sohryu-l.livejournal.com]

Вообще-то это sine qua non и побеждает тот, у кого толще броня или мощнее лазер. У истребителя, я так понимаю, брони никакой.

Так правильно. PROTIP: ракеты в Трайворлдверсе многоступенчатые. Торпеды - нет. Впрочем, габариты у них тоже да, но и у кораблей же.

Просто опять же, уместить в 30 метров ебический бак с рабочим телом, собственно маршевый двигатель, силовую установку, оружие встроенное(пусть это будет лазерный гатлинг), оружие навесное(в отсеках и на револьверных установках, что только прибавляет весу), противоракетные/противомусорные лазеры, авионику, кабину экипажа, жизнеобеспечение, а, еще радиаторы забыл, маневровые и тормозные двигатели, коммуникационную антенну, а то и не одну, контейнеры с дипольными отражателями(т.к. я не знаю что еще будет эффективно, тепловые ловушки точно нет, т.к. они слишком отличаются от самого корабля по количеству выделяемого тепла) и что-то ж я еще точно забыл. Например, причальный узел для стыковки с неподготовленными кораблями и станциями. В общем, это все из области кларктеха, причем усраться какого кларктеха.

Ракета для орбитального пространства факельной быть не должна - ну это надеюсь понятно.

Умм, ускорение нужно для перелетов -между- планетными системами, да. Сильно хочется лететь на Жыдпитер пять лет? А там уже как хочешь вертись, но управление вектором тяги все равно не помешает.

Блин, теперь хочется откопать один старый концепт и таки написать про спейсфайтеры в космосе, да. Ну и линкоры-Орионы, тогда уже. Спейсфайтеры выглядят как сильно увеличенные копии обычных самолетов, что не такая уж и хорошая идея, но над этим можно поработать.

[omega-hyperon.livejournal.com]

Вопрос не в том, может ли экипаж действовать при 25 же или нет(это вообще какие-то личности с внешним скелетом выходят), а в том, чтобы их банально получить. Одно дело поиметь это на химии, для конечной скорости в несколько километров в секунду, когда нет проблем с охлаждением, а другое дело - с термоядом, при куда больших скоростях истечения и тепловых потоках.

[a-burlaka.livejournal.com]

А какие дополнительные єффекті возникают при больших скоростях истечения?

[omega-hyperon.livejournal.com]

Ну там же офигительная энергия, она же пропорциональна квадрату скорости истечения. Одно дело три километра в секунду, другое дело - три тысячи километров - в миллион раз больше. Так что в истекающее из двигателя рабочее тело все выделившееся очень сложно запихнуть, потому и проблемы с компактностью, там что-то нужно особенное выдумывать. Газофазники вменямеых размеров и тяг именно поэтому создать и не удалось.

[a-burlaka.livejournal.com]

И не по теме коментариев: я не противник научного подхода в спейсоперостроении. Я как раз его сторонник. Просто я понимаю, что если бы не было всех этих технических "нюансов непреодолимой силы" мы бы уже сейчас имели эти самые звёздные войны в натуре.
http://a-burlaka.livejournal.com/45012.html Развёрнуто тут.